(57)【要約】化学・物理処理方法における基本的な課題は、混合に時間を要することであり、化学・物理処理を左右する熱制御も遅れが出てしまうことである。その結果、副反応等が進行し収率を低下させることになる。本発明による化学・物理処理装置は回転体と回転体対向離接体により形成される処理間隙に被処理体を導入し、回転体の回転のもとで物理化学処理を行なうことを特徴とするものである。少なくとも一つの遠心力に対抗する被処理体の流れと少なくとも一つの遠心力に順応する被処理体の流れを組み合わせることを特徴とする化学・物理処理装置と該装置を用いた化学・物理処理を提供することにある。またもう一つの特徴は、遠心力に対して少なくとも一つの遠心力に対抗する被処理体の流れを用いる化学・物理処理装置と該装置を用いた化学・物理処理を提供する。流れに沿っての複合プロセス、ＤＤＳ医薬、マイクロカプセル化、自己組織化等の分野に最適な装置である。
2011122586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と該回転体と空隙を設け該回転体に対向配置せられる回転体対向離接体により形成される処理間隙に、該処理間隙に連通し被処理体を導入する被処理体導入構造体により該処理間隙に該被処理体を導入し、該回転体の回転のもとで該被処理液の化学・物理処理を行ない、化学・物理処理後の該被処理体を該処理間隙に連通する被処理体導出構造体より該処理間隙から導出することを特徴とする密閉型化学・物理処理装置。
【請求項２】
前記処理間隙に被処理体を導入する被処理体導入構造体を少なくとも一つ、被処理液を導出する被処理体導出構造体を少なくとも一つ設けた前記化学・物理装置において、前記処理間隙における被処理体の流れが、前記回転体の回転により派生する遠心力に順ずる少なくとも一つの流れと、遠心力に対抗する少なくとも一つの流れを有することを特徴とする請求項１記載の化学・物理処理装置。
【請求項３】
前記処理間隙に被処理体を導入する被処理体導入構造体を少なくとも一つ、被処理液を導出する被処理体導出構造体を少なくとも一つ設けた前記化学・物理装置において、前記処理間隙における被処理体の流れが、遠心力に対抗する少なくとも一つの流れを有することを特徴とする請求項１記載の化学・物理処理装置。
【請求項４】
前記回転体は、開口部分のない円外径を有する円盤形状であることを特徴とする請求項１乃至３記載の化学・物理処理装置。
【請求項５】
前記処理間隙が、少なくとも前記回転体の一つの面が遠心力の発生平面に傾き角を有する前記回転体であることを特徴とする請求項１乃至４記載の化学・物理処理装置。
【請求項６】
前記処理間隙が、繰り返し構造を有する前記回転体と前記回転体対向離接体の向かい合う面により形成されることを特徴とする請請求項１乃至５記載の化学・物理処理装置。
【請求項７】
前記処理間隙に連通する処理間隙内部分排出機構を設け、前記処理間隙内に滞留する滞留物を該処理間隙内部分排出機構を通じて前記処理間隙の系外に排出することを特徴とする請求項１乃至６記載の化学・物理処理装置。
【請求項８】
前記被処理体導入構造体の先端が前記処理間隙の内部に配せられる処理間隙内突出導入構造体であることを特徴とする請求項１乃至７記載の化学・物理処理装置。
【請求項９】
前記被処理体導入構造体が前記回転体の回転中心を内包する連続する環状開口部にて前記処理間隙に連通する被処理体円環状導入構造体であることを特徴とする請求項１乃至８記載の化学・物理処理装置。
【請求項１０】
前記処理間隙に接する前記回転体もしくは前記回転体対向離接体の一部に部分的に前記処理間隙の間隙距離を拡張する処理間隙部分拡張領域を設けることを特徴とする請求項１乃至９記載の化学・物理処理装置。
【請求項１１】
係留時間拡張構造体を前記処理間隙に連続して設け、該係留時間拡張構造体を介して前記被処理体の導出をおこなう前記被処理体導出構造体を設けることを特徴とする請求項１乃至１０記載の化学・物理処理装置。
【請求項１２】
前記回転体の回転を非接触型回転付与構造体により行なうことを特徴とする請求項１乃至１１記載の化学・物理処理装置。
【請求項１３】
前記回転体対向離接体に温度制御構造体を設け、前記処理間隙の温度制御を行なうことを特徴とする請求項１乃至１２記載の化学・物理処理装置。
【請求項１４】
前記回転体対向離接体を対向離接体補強部材にて補強することを特徴とする請求項１乃至１３記載の化学・物理処理装置。
【請求項１５】
前記化学・物理処理装置において、前記回転体対向離接体若しくは前記回転体の表面に触媒を担持し、前記処理間隙で触媒による被処理体の化学・物理処理を行なうことを特徴とする化学・物理処理方法。
【請求項１６】
前記化学・物理処理装置において、前記処理間隙に回転体対向離接体を介して光照射を行なうことにより、前記処理間隙で該光照射により前記被処理体の化学・物理処理を行なうことを特徴とする化学・物理処理方法。
【請求項１７】
前記化学・物理処理装置において、前記被処理体導入構造体を複数設け、被処理体連係構造体にて複数なる該被処理体導入構造体が協奏することを特徴とする化学・物理処理方法。
【請求項１８】
前記化学・物理処理装置において、前記処理間隙の部分限定領域にて一つの化学・物理処理を行なうこと、あるいは複数なる部分限定領域にて夫々異なる化学・物理処理を順次行なうことを特徴とする化学・物理処理方法。
【請求項１９】
前記化学・物理処理装置において、前記回転体の回転により生ずる遠心力を利用し、被処理体を遠心分離することを特徴とする化学・物理処理方法。
【請求項２０】
前記化学・物理処理装置において、回転体の最大周速（Ｕ）、回転体の最大周速を示す回転体対向離接体と回転体の処理間隙寸法（Ｌ）、被処理体の動粘度を（Ｖ）とし、被処理体間隙の流れ特性をＵ×Ｌ／Ｖと規定する時に、該流れ特性が２００から２０００の範囲であることを特徴とする化学・物理処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を基本とする化学処理及び物理処理装置に関するものである。特に、化学処理法及び物理処理法に用いることが可能な装置に関する。また本装置を用いた化学・物理処理方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学合成等で使用される反応容器あるいはタンクによる一般的に広く使われる化学処理としてのバッチ型処理、あるいは分散・乳化、あるいは表面改質等に使われるビーズミル等による物理処理としてのバッチ型処理が広く知られるところである。近年半導体技術を応用した新しい化学・物理処理装置としてマイクロリアクターが使われるようになってきた。またこのマイクロリアクター技術を改良したアクティブ型マイクロリアクターが知られるようにもなってきている。【０００３】
バッチ型処理としての化学・物理処理方法は、処理液が系内に留まっての処理が基本であることから、幾つかの課題を抱えている。最も基本的な課題は、混合に時間を要することであり、化学・物理処理を左右する熱制御も遅れが出てしまうことである。所定の濃度に達する時間遅れ、また処理開始の時間分布等が出てくることになる。その結果、副反応等が進行し収率を低下させることにもなってくる。あるいは温度等を下げる、濃度を下げる等の処理条件へのシフトで、化学・物理処理に負担をかけることになる。それにより副反応の派生、反応条件を混合の遅れに間に合うように遅くする、歩留まりの低下等の問題を生ずることになる。この他にも幾つかの課題が知られるところである。【０００４】
またマイクロリアクター技術は、従来の化学・物理処理課題であった混合と熱制御の遅れを改善する為に、数十ミクロンメータから数百ミクロンメータの流路で化学・物理処理を行なう技術である。この技術は、反応系の容量が小さいことから、化学・物理処理の時間を確保する為にチャネル内部の流速を遅くしなければならないことである。その結果、混合・熱制御の主たる要因が拡散に依存するようになったことである。液体を媒体とする拡散は進行が遅い為、高速で進む化学・物理処理においてはその制御性が十分でないことが判ってきた。またプロセス処理量を多くする為には、多チャンネル化を要することが必要となり、夫々のチャネルの制御等も課題となることが知られてきている。【０００５】
マイクロリアクター技術を応用し更に改良した特許文献１に記載されるアクティブ型マリクロリアクターが提案されてきているが、化学・物理処理に対しての対応は未だ十分では無く、課題が残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４１２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のアクティブ型マリクロリアクターは、遠心力の作用のもとで回転ディスクの回転により生ずる流れを用いた混合作用を基本に用いている。遠心力は回転円盤の回転中心から外に向かう力で、系内の流速を早める方向に作用することにその特徴がある。その結果、系内の滞留時間が短くなり、反応に必要な十分な時間が確保できなくなる。また回転ディスクの外側に行くに従い空間が拡張されるので、場合によっては遠心力により被処理体が分断され、被処理体の均一混合が妨げられる結果にもなる。
以上のように従来技術においては、未だ十分に化学・物理処理に関して必要とする混合・熱制御が実現されていない状況で、それによる化学・物理処理における課題が多く残されている。【０００８】
本発明はこのような背景技術に鑑みなされたもので、第一の目的は非常に安定で、制御性に極めて優れた、より効率的な瞬間的混合・及び瞬間的熱交換を実現する反応・物理処理装置を提供することであり、また本発明によるところの装置を用いた化学・物理処理方法を提供する。【０００９】
本発明の第二の目的は、化学反応の化学量論的・化学反応論的な本質に迫る化学・物理処理装置を提供することであり、また本質的な化学・物理処理方法を提供する。【００１０】
本発明の第三の目的は、被処理体の導入から導出までの化学・物理処理において、処理を行なう間隙内で被処理体の滞留がなく、且つ処理時間の反転を生じない化学・物理処理装置と処理方法を提供する。【００１１】
本発明の第四の目的は、被処理体に異なる化学・物理処理を一貫して順次行いえる化学・物理処理装置と化学・物理処理方法を提供する。【００１２】
本発明の第五の目的は、混合・熱制御を瞬間的で且つ安定的に行ない、処理間隙の内部で大量生産が可能で、低速から高速の反応速度領域で化学・物理処理を安定に行いえる化学・物理処理装置と化学・物理処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願第１の発明に係る化学・物理処理装置は、回転体と該回転体と空隙を設け該回転体に対向配置せられる回転体対向離接体により形成される処理間隙に、該処理間隙に連通し被処理体を導入する被処理体導入構造体により該処理間隙に該被処理体を導入し、該回転体の回転のもとで該被処理体の化学・物理処理を行ない、化学・物理処理後の該被処理体を該処理間隙に連通する被処理体導出構造体より該処理間隙から導出することを特徴とする。【００１４】
本願第２の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１の発明において、前記処理間隙に被処理体を導入する被処理体導入構造体を少なくとも一つ、被処理体を導出する被処理体導出構造体を少なくとも一つ設け、前記処理間隙における被処理体の流れが、前記回転体の回転により派生する遠心力に順ずる少なくとも一つの流れと、遠心力に対抗する少なくとも一つの流れを有することを特徴とする。【００１５】
本願第３の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１の発明において、前記処理間隙に被処理体を導入する被処理体導入構造体を少なくとも一つ、被処理体を導出する被処理体導出構造体を少なくとも一つ設け、前記処理間隙における被処理体の流れが、遠心力に対抗する少なくとも一つの流れを有することを特徴とする。【００１６】
本願第４の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第３記載の発明において、前記回転体が開口部分のない円外径を有する円盤形状であることを特徴とする。【００１７】
本願第５の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第４記載の発明において、前記処理間隙が少なくとも前記回転体の一つの面が遠心力の発生平面に傾き角を有する前記回転体であることを特徴とする。【００１８】
本願第６の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第２の発明において、前記処理間隙が繰り返し構造を有する前記回転体の向かい合う面により形成されることを特徴とする。【００１９】
本願第７の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第６記載の発明において、前記処理間隙に連通する処理間隙内部分排出機構を設け、前記処理間隙内に滞留する滞留物を該処理間隙内部分排出機構により前記処理間隙の系外に排出することを特徴とする。【００２０】
本願第８の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第７記載の発明において、前記処理間隙導入構造体の先端が前記処理間隙の内部に配せられる処理間隙内突出導入構造体であることを特徴とする。【００２１】
本願第９の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第８記載の発明において、前記被処理体導入構造体が前記回転体の回転中心を内包する連続する環状開口部にて前記処理間隙に連通する被処理体円環状導入構造体であることを特徴とする。【００２２】
本願第１０の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第９記載の発明において、前記処理間隙に接する前記回転体もしくは前記回転体対向離接体の一部に部分的に前記処理間隙の間隙距離を拡張する処理間隙部分拡張領域を設けることを特徴とする。【００２３】
本願第１１の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第１０記載の発明において、係留時間拡張構造体を前記処理間隙に連続して設け、該係留時間拡張構造体を介して前記被処理体の導出をおこなう被処理体導出構造体を設けることを特徴とする。【００２４】
本願第１２の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第１１記載の発明において、前記回転体の回転を非接触型回転付与構造体により行なうことを特徴とする。【００２５】
本願第１３の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第１２記載の発明において、前記回転体対向離接体に温度制御構造体を設け、前記処理間隙の温度制御を行なうことを特徴とするｌ。【００２６】
本願第１４の発明に係る化学・物理処理装置は、上記本願第１乃至第１３記載の発明において、前記回転体対向離接体を対向離接体補強部材にて補強することを特徴とする。【００２７】
本願第１５の発明に係る化学・物理処理方法は、上記本願第１乃至第１４記載の発明において、前記回転体対向離接体若しくは前記回転体の表面に触媒を担持し、前記処理間隙で触媒による被処理体の化学・物理処理を行なうことを特徴とする。【００２８】
本願第１６の発明に係る化学・物理処理方法は、上記本願第１乃至第１４記載の発明において、前記処理間隙に外部から光照射を行なうことで、前記処理間隙にて該照射光により前記被処理体の化学・物理処理を行なうことを特徴とする。【００２９】
本願第１７の発明に係る化学・物理処理方法は、上記本願第１乃至第１４記載の発明において、前記被処理体導入構造体を複数設け、被処理体連係構造体にて複数なる該被処理体導入構造体が協奏することを特徴とする。【００３０】
本願第１８の発明に係る化学・物理処理方法は、上記本願第１乃至第１４記載の発明において、前記処理間隙の部分限定領域にて一つの化学・物理処理を行なうこと、あるいは複数なる部分限定領域にて夫々異なる化学・物理処理を順次行なうことを特徴とする。【００３１】
本願第１９の発明に係る化学・物理処理方法は、上記本願第１乃至第１４記載の発明において、前記回転体の回転により生ずる遠心力を利用し、被処理体を遠心分離することを特徴とする。【００３２】
本願第２０の発明に係る化学・物理処理方法は、上記本願第１乃至第１４記載の発明において、回転体の最大周速（Ｕ）、回転体の最大周速を示す回転体対向離接体と回転体の処理間隙寸法（Ｌ）、被処理体の動粘度を（Ｖ）とし、被処理体間隙の流れ特性を  Ｕ×Ｌ／Ｖ  と規定する時に、該流れ特性が２０００以下の条件であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の対象とする被処理体と化学・物理処理は、液体に固体・液体・気体を担持させた状態の対象物を被処理体とし、単体若しくは複数のものを混合・加熱冷却・剪断応力を加えることで、それらの状態に変化を生じさせるプロセスを化学・物理処理としており、本発明のはこれらを対処としている。例えば、典型的な化学合成反応、粒子生成、分散、乳化、粉砕、析出、表面処理、結晶転換、分離・精製、複合化、成長、インターカレーション、構造・組成制御等々が上げられる。また被処理体は一つでも若しくは複数でも可能で、同時若しくは順次で、複合プロセスも対象としている。本発明の化学・物理処理装置は、このような被処理体とプロセスを対象としている。【００３４】
本発明の第一の効果は、瞬間的な混合と熱制御を実現したことにある。本発明では、瞬間的な均一混合と冷却・加温の瞬間的な熱制御を、安定的に且つ再現性よく実現することを可能にする。該作用により、化学・物理処理が本質的で安定に行える。瞬間的な混合と熱制御が実現されたことで、処理間隙内部での被処理体の濃度と温度を所望の条件に設定でき、且つ常に効率的な混合が行われ、高濃度の反応若しくは処理が安全に実現される。これにより後工程の処理が軽減されるなど、あるいは省スペースが進むなどのコスト低減に効果がある。【００３５】
本発明の第二の効果は、化学・物理処理の安定化と化学・物理処理の多様性が実現できる。導入された被処理体が、回転体の回転による回転運動により派生する遠心力が制御されることで、あるいは派生する遠心力に対して対抗する流れを形成させることで、回転運動の混合・熱制御の十分な作用下に置かれ、化学・物理処理が安定に行える。【００３６】
また回転中心から離れるに従い処理間隙の周囲断面積が増えるので、それに応じて被処理体の法線方向への移動速度が低下する。従って被処理体は、十分な混合と熱制御の条件下でより長い時間の化学・物理処理が行われ、安定して且つ化学・物理処理に則した処理プロセスが実現できる。半径位置及び流れ方向を設定することで、化学・物理処理の目的に応じた処理条件を容易に設定できる特徴を有する。【００３７】
図４は回転体により派生する処理液の回転流れの一例を示すものであるが、回転体の回転数が高くなると１００ｍ／秒に迫る流速が実現できる【００３８】
図５はその時のレイノルズ数の示す図であり、乱流とされる数千を超えるレイノルズ数条件で、混合・熱制御を行える。小型の化学・物理処理装置でも乱流領域での化学・物理処理を可能にした。また処理液間隙の全領域で回転体の回転による効率的な混合・熱制御作用を受けることができるので、処理プロセスが極めて安定に行える。さらに処理液の回転運動により派生する遠心力を軽減もしくは取り除くことにより、処理液の処理間隙に係留される時間が一定の時間に制御される。すなわち処理液の処理間隙内での流れが秩序立てて流れることで、先入れ先出しが守られ、化学・物理処理の純度が高くなる。その結果、目的とする生成物の収率を高くできる。【００３９】
本発明の第三の効果は、反応条件が一義的に定まることである。これまでの化学・物理処理装置は、被処理体の粘度・混合状態・温度分布・流れ状態等の複雑な要因で、プロセス条件を一義的に決められないことが欠点である。従ってスケールアップの毎に複雑な条件出しを行う必要に迫られ、量産化の中で時間と経費のかかる問題である。【００４０】
本装置では、混合と熱制御が瞬間的に且つ均一に行え、被処理体の粘度・混合状態・温度分布・流れ状態等に左右されることなく、一義的に反応を制御することができる。化学・物理処理装置としては、マイクロリアクターも同じような効果を狙っていたが、層流を基本とする装置であったので、十分に実現できていない。本発明による化学・物理処理装置で実現できた効果で、量産での導入が簡略化でき短時間で立ち上げられる。【００４１】
本発明の第四の効果は、小型であるが大量生産が可能なプロセス能力を有する。回転体の回転による混合作用により高速な混合・熱制御作用が実現できるので、処理液間隙の間隙を大きく設定することが可能で、大量の化学・物理処理能力を実現できる。本発明の化学・物理処理装置と従来のマイクロリアクターのプロセス処理能力を図６に示す。本発明では、従来のプロセス能力と比較すると、１００倍以上のプロセス能力を有し、且つ化学・物理処理の最も早い部類に属する０．１秒の速度にも対応できる。【００４２】
従来のマイクロリアクターは一次元的な流路設計であったが、本発明では二次元的な流路を基本とする流路拡張下での高速混合・熱制御を実現することで、安定な化学・物理処理装置と処理方法を実現している。被処理体間隙を回転体の複数面を利用することで拡張することも容易に実現できるので、化学・物理処理のプロセス能力の一層の大量化、及び高速な化学・物理処理への対応が可能となる。    
特に複数の化学・物理処理を順次行なう複合化プロセスに対応できるようになったことは、量産レベルの対応に極めて優れている。また回転体の回転により常に流路の閉塞が解消されるので、安全で安定な化学・物理処理装置と処理方法を提供できる。【００４３】
以上は本発明から得られる効果のほんの一例であり、本発明の本質である混合・熱の急速な均一化による作用と処理間隙の幾何学的特徴から生ずる作用は、前述の効果に限定されるのもではない。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
次に、実施例の図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。
本発明の基本構成は、処理間隙は回転体と回転体対向離接体が狭間隙をもって対向離接配置することで形成されており、回転体と回転体対向離接体により包摂される空間で、被処理体を導入し化学・物理処理を行なう前述の空間全体を総称する。図１若しくは図２２を参考にすると、処理間隙５０で示される空間に対応するものである。前図は断面を示しているので、処理間隙は回転体の表面に沿って展開されており、回転体の片面もしくは両面で構成されることになる。また回転体が図１８の実施例のような繰り返し構造をとることで、処理間隙を容易に拡張することも可能である。本発明の処理間隙の特徴であり、他の化学・物理処理装置では実現できない特徴である。
【００４５】
図１、図２２等では回転体６と回転体対向離接体１・２は平行であるが、特に平行である必要はない。外周方向から内周方向に向けてその間隔を変化させることも可能である。また外周から内周に向けて回転体６と回転体対向離接体の間隔を離すことで、流れの指標であるレイノルズ数を補正し一定にすることも可能である。処理間隙の間隙寸法２００は極端に狭くする必要はなく、混合性と遠心力の制御で０．００２ｍｍから２ｍｍが好意に使える。より望ましくは、０．００５ｍｍから１ｍｍの範囲である。この領域を超えると、回転体への負荷、混合性の低下、装置の損傷等の問題が出てくる。
【００４６】
本発明の処理間隙は、装置の負荷及び熱制御等の問題から、機械的に寸法を割り出し処理間隙の各種の寸法を作り出している。すなわち、回転軸７を回転軸支持機構２３で高精度に支持し、回転体の各種のフレを２μｍ以下に押さえ込んでいる。回転体の面を絶対基準として、回転体対向離接体１・２を高精度に加工し、組付け及び調整で高精度に処理間隙を作り出している。従って、回転体と回転体対向離接体は全く接触することがなく、恒久的に安定な処理空間を作り出す事ができる。それにより、化学・物理処理の制御をやりやすくしている。また回転体の高速での回転を可能とし、より混合性と熱制御性を高くすることができるようになった。
【００４７】
回転体の素材としては、回転時の強度と精度を維持できれば本発明の目的を達成することが出来る。例えば鉄・アルミニウム・銅・クロム・ニッケル・シリコン等の金属素材、あるいはステンレス・ＳＭＳ−ＨＢ、ＳＭＳ―ＨＣ、ＳＭＳ−ＨＸ・ＳＭＳ−６００、ＳＭＳ−Ｘ７００、ＳＭＳ−ＩＮ等の合金材、あるいはルビー材、メノー材、大理石材、御影石材等の石材、あるいはガラス、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア等のセラミック材等々が使用される。また各種の樹脂材料等も適宜使用可能である。使用材質での考慮すべき点は、化学・物理処理で素材としての腐食を受けることの無いような安定な材料であることが望ましい。
【００４８】
回転体対向離接体及び対向離接体補強部材を構成する材質としては、回転時の強度と精度を維持できれば本発明の目的を達成することが出来る。例えば鉄・アルミニウム・銅・クロム・ニッケル・シリコン等の金属素材、あるいはステンレス・ＳＭＳ−ＨＢ、ＳＭＳ―ＨＣ、ＳＭＳ−ＨＸ・ＳＭＳ−６００、ＳＭＳ−Ｘ７００、ＳＭＳ−ＩＮ等の合金材、あるいはルビー材、メノー材、大理石材、御影石材等の石材、あるいはガラス、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア等のセラミック材等々が使用される。また各種の樹脂材料等も適宜使用可能である。使用材質での考慮すべき点は、化学・物理処理で素材としての腐食を受けることの無いような安定な材料であることが望ましい。
当然のことであるが、回転体収納部と回転体収納部支持材の材料は同一である必要はなく、目的に応じて材料を用いることは適宜選定されるべきものである。
【００４９】
特に回転体対向離接体に回転体の対向面を加工する際には、歪が発生する場合がある。対向離接体補強部材を供することにより、加工時に生ずる歪を大きく軽減できることになる。回転体収納部と回転体収納支持体の連結は、ビス止めあるいは接着剤での張り合わせ等既存の連結方法を用いることができる。特に望ましいのは回転体収納部と回転体収納支持体を予め連結し、その後回転体収納部を加工することである。この連結後の後加工で加工精度は、より一層高精度なものが実現できる。
【００５０】
図１・図２等に回転軸の支持を一軸で行う例を、また図１８では回転軸の支持を二軸で行う本発明による実施例を示す。回転軸を一軸に設定すると装置の構造が簡単で、回転体の一面を全域処理間隙と設定することができるので、処理間隙をより大きく設計できる特徴を有する。また回転軸を二軸に設計することで、装置全体の構成は複雑になるが、より高速回転あるいはより大口径の回転体、また回転軸を小径にする必要を生じた場合、あるいはより高精度な回転を実現できることになる。またスラッジ等の高粘性の被処理体に安定して対応できるようになる。
【００５１】
回転軸支持機構２３は、装置の位置基準である回転体面を規定するため、高精度な軸受を使用する必要がる。ボールベアリング、ローラベアリング等に代表される転がり軸受、あるいはすべり軸受、また磁気軸受・流体軸受等を利用することができる。特にエアー軸受に代表される流体軸受は、数万回転を超える高速回転においても振動の少ない、且つ軸ブレのない高精度な回転を支持することに優れており、本発明における高精度な処理液制御を支える重要な機械要素となってきている。
【００５２】
本発明による化学・物理装置の特徴の一つは、回転体の回転中心からの半径距離に応じて被処理体の流れ特性が変化することで、これが化学・物理処理装置としての特性に大きな作用を及ぼしてくる。回転体の周速は回転半径に比例して増加し、処理間隙は回転半径の二乗に比例して増加することになる。また回転体の回転により派生する遠心力は回転体の回転数の二乗に比例する為、回転体が高速で回転すると、遠心力の影響が非常に大きくなることである。
【００５３】
化学・物理処理装置としては、半径に比例して周速を増加させることができるので、極めて小スペースの中で高速の混合作用を実現するができることになる。また回転半径に比例して混合作用が異なり、外周部に行くに従って混合作用を大きくすることができることである。また外周部に行くに従って処理間隙が二乗に比例する為、被処理体の被処理体導入構造体から被処理体導出構造体に向かう流れはその流速を回転半径の二乗の逆数で変化させることになる。従ってより外径では被処理体の流速が遅くなり、優れた混合作用のもとで化学・物理処理の時間を極めて長く保持することが可能になる。
【００５４】
回転体の回転により派生する遠心力については、既に述べているように流れ制御の面で、遠心力に対する制御を要する必要が生ず場合もある。遠心力の作用のもと半径方向が大きくなる方向に被処理体が流れると、処理間隙の拡張で被処理体は分断されることになり、混合作用の妨げにもなる。この遠心力の作用を制御する為に、本発明では次の二つの方法を用いることが特徴の一つでもある。
【００５５】
回転体の二つの面１７０・１７１をもちいた構成からなる図３により説明すると、被処理体導入構造体８・９・１０から被処理体導出構造体１７に向かう処理間隙内通液方向５２を、遠心力５３に順ずる方向と、逆行する方向を組み合わせることで、遠心力の作用を効果的に制御することができる。係る処理間隙の配置とすることで、遠心力の制御が可能となり被処理体は処理間隙の内部を秩序立てて流れることになる。その結果、回転体の低速から超高速領域に到るまで処理間隙の内部に被処理体が充填され、回転体の優れた混合作用を引き出すことが可能になったことでる。
【００５６】
また処理間隙を完全に被処理体が充填できることから、一定体積下による化学・物理処理とすることができる結果、反応の制御性を高めることができるようになった。また処理間隙の部分に応じての被処理体の構成を実現できるようになり、処理間隙の部分に応じて異なる化学・物理処理を行い、異なる被処理体に順次転換できるようになった。
【００５７】
また回転体の一面を用いた構成からなる図２３により説明すると、被処理体導入構造体８・９をより外周側に設け、被処理体導出構造体１７を回転中心に設けるとことで、被処理体は遠心力のより大きい外周位置から処理間隙５０を充填し、被処理体導出構造体１７にむけて逆行するように被処理体が流れるようになる。係る処理間隙及び被処理体導入構造体と被処理体導出構造体の配置とすることで、遠心力の制御のもと被処理体は処理間隙の内部を秩序立てて流れることになる。その結果、回転体の低速から超高速領域に到るまで処理間隙の内部に被処理体が充填され、回転体の優れた混合作用を引き出すことが可能になったことでる。
【００５８】
また処理間隙を完全に被処理体が充填できることから、一定体積下による化学・物理処理とすることができる結果、反応の制御性を高めることができるようになったことである。また処理間隙の部分に応じての被処理体の構成を実現できるようになり、処理間隙の部分に応じて異なる被処理体に順次転換できるようになったことである。尚何れの場合においても、本発明では決して遠心力の利用を排除するものではない。
【００５９】
化学・物理処理の重要な課題の一つに、被処理体が被処理体導入構造体から処理間隙を導入し、処理間隙内で化学・物理処理を行った後、被処理体導出構造体から処理間隙の系外に導出するまでの係留時間である。すなわち、係留時間が一定化されないと、処理間隙内での化学・物理処理の履歴が異なってくるので、混合・温度履歴が異なり、処理間隙内での化学・物理処理にばらつきを生ずることになる。その結果、被処理体の特性（生成物・収率・粒度・状態等）が異なる結果となってくる。先に入れた被処理体が先に出る、所謂先入れ先出しを行なうことが、化学・物理処理装置及び化学・物理処理方法としは重要な課題である。
【００６０】
先入れ先出しの点から、本発明では開口部のない円外径なる回転体６を用いている。例えば図１あるいは図２等に見られるようなディスク状としているが、開口部を有する回転体であると、開口部を被処理体が通過することで、開口部を通過しない被処理体との間に係留時間の差が出ることになってくる。従って、開口部の無い、且つ半径の一定な円外径の回転体形状を用いる事で、処理間隙内の被処理体の流れ制御を実現している。
【００６１】
回転体の例としては、図１あるいは図２等に見られるようなディスク状としているが、図７若しくは図２４においては、一面が円錐体形状をなす回転体を実施例として用いている。これらは回転体の一面に円錐体形状を用いた例であるが、もう一面に円錐体形状を用いることも、その作用効果から当然のことであり、本発明に含まれるものである。回転体をディスク状から円錐体形状にすることの作用機構での基本的な改良点は、遠心力の作用範囲を処理間隙内の部分領域に限定することになる。回転体がディスク上であると、遠心力と被処理体の被処理体導入構造体から被処理体導出構造体に向かう流れの方向が平行となるので、遠心力の作用範囲が広範囲化してくる。回転体に円錐体形状を用いることで、遠心力と被処理体の流れを平行状態から解除できることになる。その結果、遠心力の作用範囲をより狭く限定することができるようになるので、被処理体の流れをよりより高度に制御できることにつながる。先入れ先出しの効果を更に高くすることが可能となる。回転体に円錐体形状を用いる基本的な作用機構は、遠心力の発生面から回転体の表面を平衡状態から傾けることになり、遠心力の作用範囲をより狭く限定することで、被処理体の流れをより高度な制御の実現に至っている。従って、回転体の形状は円錐体形状に限定されることなく、遠心力の発生面に傾き角を設けられる球体面・楕円体面等でも同様の作用効果を実現できることになる。またこれらの形状に限定を受けるものではなく、当然のことであるが本発明の範囲に含まれるものである。
【００６２】
以上の構成とすることで、回転体の幾何学的な特徴を取り込んで、従前では実現出来なかった優れた特性を有する化学・物理処理装置並びに化学・物理処理方法の実現に至っている。
【００６３】
係留時間の一定化でのもう一つの重要な点は化学・物理処理装置を密閉型とすることである。密閉化は、処理間隙の幾何学的形状を固定することになり、処理間隙内の被処理体の流れを定常化することができるようになる。これは係留時間のばらつきを抑える上での重要な点である。しかしながら密閉化により新たに生ずる課題は、化学・物理処理あるいは被処理体若しくは回転体の回転速度等によるものであるが、気体の発生もしくは被処理体の一部が気化若しくは回転によるキャビティー等の発生により、処理間隙の内部を被処理体の流れに従わない空隙が専有することになる。
【００６４】
また空隙では無いが、被処理体の一部もしくは生成物の一部が処理間隙内に滞留を生ずることもでてくる。長時間での安定的な化学・物理処理の実現に向けては、処理間隙に実質的に変化を招く要因を除去することが、重要な課題となる。本発明においては、系内に滞留する気体・被処理物の一部・被処理物からの副生成物等を除去する処理間隙内部分排出機構1６（図８参照）を、処理間隙に設けることで効果的に対処する場合もある。この処理間隙内部分排出機構を設けることで、長時間の安定的で且つ高性能な化学・物理処理装置の実現に至っている。図８においては、処理間隙内部分排出機構１６を回転中心付近に設けているが、本発明ではこれに限定されるものではない。排出する対象物により設置位置を移動させること、すなわち排出物の発生箇所での排出が重要なことであるので、設置場所を適宜選定することが必要であり、本発明から外れるものではない。また排出物が気体の場合は、回転体対向離接体に溝２０１等を設けることで、気体の補足を効果的に行なうことができる様になる。
【００６５】
更に処理間隙内部分排出機構の圧力を処理間隙よりも負圧にすることで、より効果的に処理間隙内に滞留する滞留気体を処理間隙外へ排出することが可能になる。また排出物の特徴により処理間隙内部分排出機構の場所を選定することも重要である。比重のより軽い物、気体等は遠心力に対して逆行するので、発生箇所よりも回転中心に近い方に、また比重のおおきい対象物を排出するときは、より回転中心から離れたところで補足することが望ましい。
以上の処理間隙の流れ制御により、優れた特性を有する化学・物理処理装置並びに化学・物理処理方法の実現に至っている。
【００６６】
被処理体導入構造体８・９・１０・２９・３０・３１・３２は、処理間隙に連通し処理間隙に被処理体を導入するものである。例えば送液ポンプに送液配管を接続し、処理間隙の連通孔に接続し、被処理体を処理間隙に送り込むものである。図１・図２あるいは図２２等の実施例においては、複数の被処理体導入構造体が処理間隙に接続されているが、一つの場合も本発明に含まれるものである。処理間隙への接続位置は、対象とする化学・物理処理により適宜設定されるものである。処理間隙の内部で複数の被処理体を合流させる化学・物理処理においては、複数の被処理体の混合作用あるいは化学・物理処理そのものに作用を及ぼすこともでてくる。
被処理体導入構造体からの被処理体の平均注入速度（注入量を導入口開口面積で除した数値）が、半径位置での回転体の周速度以下の速度に設定されると、注入時点での混合状態が望ましい状態になる。従って、導入量と設置位置での回転体周速度を比較して、周速度を超えないように、被処理体導入構造体の設置個数あるいは開口面積を設定してやることが望ましい。
【００６７】
図１３もしくは図２９にみられるように一つの被処理体を被処理体連係構造体１３・１４・１５にて複数に分岐し、複数なる被処理体導入構造体に同一なる被処理体を処理間隙に導入するようにするものである。その結果、処理間隙内部での混合作用をより高速に実現できることになる。従って高速の化学・物理処理の制御性に優れてくることになる。
被処理体連係構造の配下に置かれる複数の被処理体導入構造体の夫々に流す被処理体の夫々の量、あるいは被処理体導出構造体の設置位置を選ぶことで、処理間隙内の濃度に分布を持たせて制御できるようにすることが可能になる。それによって化学・物理処理の異なる作用効果が実現できる。
例えば化学・物理処理の一つとして粒子生成を行なう場合においては、核生成その後の核成長を順次行なうことが可能になるので、欠陥の少ない粒子生成あるいは構造を制御した粒子生成等が実現できるようになる。あるいは、内核と外殻の組成分離を行い異なる組成とすることも、また組成を内核から外殻に向けて傾斜させることも実現できるようになる。これらの効果は一例として示したのもので、本発明はこれに限定されるものではない。夫々の被処理体を導入する被処理体導入構造体の配置を選定することで、また被処理体導入構造体の流量設定を化学・物理処理に応じて適宜設定することで、多様な化学・物理処理が可能となる。
図１３もしくは図２９では複数の被処理体導入構造体を回転中心から等距離に設けているが、特に等距離に限定される必要はない。例えば回転中心からの距離を順次ずらすことで、処理間隙内の濃度を制御できることになる。
【００６８】
被処理体導入構造体の処理間隙内での先端位置は、図１あるいは図２等の見られるように処理間隙の壁面に設定しているが、これに限定されるものではない。図９あるいは図２７の実施例に見られるように、その先端を処理間隙の壁面から離し、処理間隙の内部に設定する処理間隙内突出導入構造体を用いることも可能である。
壁面に開口部を設置する場合、処理間隙内部に導入された被処理体は、処理間隙の壁面に沿って展開される場合もある。そのような流れ状態になると、壁面側の混合が妨げられることになる。被処理体導入構造体の先端位置を処理間隙の壁面から離した内部に設定することで、前述のような阻害要因を排除することができるようになる。
【００６９】
被処理体導入構造体の先端形状の一例を図１６及び図１７に示す。図１６に側面形状の例を示すものであるが、注入方向に垂直あるいは斜めの場合、また垂直面を封止し横に開口部を設けている実施例である。図１７には断面形状の例を示すものであるが、変形あるいは楕円形、また星型、あるいはメッシュ状等々の実施例を示す。これらに側面形状と断面形状を組み合わせることで、回転体の回転速度・回転体対向離接体と回転体の間隙距離・被処理体の粘度・化学・物理化学の種類等により適宜選定することで、本発明の化学・物理化学処理装置としての性能をより優れたものにすることができる。
特に好ましい形状としては、開口部をメッシュ状（図１６Ｄ及び図１７Ｄ）若しくは長円（図１７Ｂ）で長軸と回転方向を平行とすることで、混合がより早く行われるようになる。勿論その他の形状を排除するものではない。
【００７０】
より瞬間的な混合状態の実現あるは瞬間的に投入比率に応じた濃度への制御が重要となるので、回転体の回転中心を包摂する連続のスリット状開口部を有する被処理体円環状導入構造体１１・１２を用いる。図１０もしくは図２６は、処理間隙に被処理体が入ると同時に化学・物理処理の時間的な遅れを生ずることなく設計濃度に制御することができるので、すべての化学・物理処理の制御性も向上することが可能となる。また瞬間的な混合で時間を置くことなく被処理体の所定比率が実現できることから、回転体の回転速度が低速から超高速において、また化学・物理処理においても低速から超高速の反応速度において優れた制御性を実現できるようになった
【００７１】
被処理体導出構造体から導入された被処理体が化学・物理処理を通過して被処理体導出構造体から導出される経路に沿って化学・物理処理の反応量を考えると、導入当初反応量が多く時間経過につれて反応量が少なくなり、被処理体導出構造体の状態で化学・物理処理が完了するのが望ましい。従って、被処理体導出構造体付近では反応量が少なくなるので、高速な混合を必要としなくなる。混合に律速されることが低下するので、処理間隙としては容量を大きく設定することが可能になる。その結果、プロセス速度の高速化を容易に実現できることになる。
本発明では図２１の実施例に見られるように係留時間拡張構造体１８を被処理体導出構造体１７の先行する領域に、図３０の実施例においても係留時間拡張構造体１８を被処理体導出構造体Ｂ３５に先行する領域に設けることで、化学・物理処理に影響を与えることなく、本化学・物理処理装置のプロセス能力を、小型の装置でありながらより大きなものにすることができるようになった。幾何学的な設計寸法・設置場所については、化学・物理処理に依存する設計要項であり、本発明の作用効果に影響をおよぼすものではない。また図２１あるいは図３０の実施例に限定を受けるものではない。
【００７２】
化学・物理処理の制御要因の一つに熱制御がある。化学・物理処理において、発熱・吸熱の大きなものは混合手段を通して外部の熱制御構造体８０・８１との熱伝達を瞬間的に行なう必要がある。その結果、処理間隙内部での被処理体の熱の淀みが無くなり、化学・物理処理が適切に制御できることになる。発熱反応であれば、温度が高くなり過ぎ、分解・副反応等の抑制が可能となり、収率の向上が可能となる。またより適切な反応温度に制御できることになるので、高速の反応条件が設定できることになる。吸熱反応であれば、低温になり過ぎることがなくなり、より適切な温度で収率を高くする条件が可能になることである。
熱制御構造体としては、回転体対向離接体もしくは回転体の一部あるいは全部に熱媒を通すことで、被処理体の加熱・冷却を行うものである。あるいはペルチェ素子の様な電子冷熱装置、あるいは誘導加熱体、あるいは抵抗加熱体等を回転体対向離接体もしくは回転体の一部もしくは全部に組み込むことで、処理液を効率的に熱制御することも可能である。
【００７３】
温度制御については、回転体の回転による発熱も考慮する必要がある。処理間隙の間隙寸法２００が１０μｍよりも小さくなると、回転に伴う褶動抵抗が大きくなること、また熱による回転体の膨張・変形等により回転体の一部が対抗する部材に接触することも出てくる。その結果、熱制御がかえって悪化することにもなってくる。本発明ではそのような弊害を避けるために間隙寸法を０．００３ｍ以上、また温度制御構造体の制御をかかりやすくするために２ｍｍ以下とする事で、両者のバランスを確保した。
【００７４】
以上述べてきた処理間隙の流路設計、混合・熱制御、遠心力の制御により、処理間隙内を順次異なる物理化学処理を行なう複合プロセスとしての化学・物理処理を実現できるようになってきた。次の二つの方法により、夫々の領域の分離性を高くすることが可能になった。
第一の方法は、図１１あるいは図１２，若しくは図２８の実施例に示される従前の間隙寸法２０５より大きく設定された部分間隙寸法２０６を有する処理間隙部分拡張領域３３・３４を設けることである。実施例では回転体対向離接体に設けているが、回転体側に設けても同様の作用効果は得られる。また設定場所、寸法形状等は化学・物理処理、あるいは処理条件等により適宜設定される条件である。係留時間拡張構造体を設けることで、導入された被処理体が係留時間拡張構造体に留まる事になり、複合プロセスにおける化学・物理処理の夫々の独立性をより高く維持できることになる。
より分離性を高めるには純然の間隙寸法をＤ１、また処理間隙部分拡張領域の間隙寸法をＤ２とした時に、Ｄ２／Ｄ１が２倍から１０倍、より望ましくは３倍から５倍の範囲にＤ２を収める事になる。
【００７５】
第二の方法は、処理間隙の幾何学的特殊性を積極的に用いることである。処理間隙を幾何学的に分類すると、図３の装置構成においては、回転体の表裏で夫々一つの幾何学的同一性で空間分類２０７・２０９に分類され、回転体の外周部分が別の幾何学的同一性で空間分類２０８に分類され、都合三つの幾何学的同一性からなることになる。また図２３の装置構成においては、処理間隙は回転体の一面で構成されているので、一つの幾何学的同一性による空間分類２０９からなることになる。
その特徴を利用し夫々の処理間隙の部分領域で一つの化学・物理処理を行なうようにすることである。例えば図１２の実施例においては、回転ディスクの一方の面で一つの化学・物理処理を、回転体の最外周部分を接続領域として、回転ディスクのもう一方の面で異なる別の化学・物理処理を行なうことで、二種類の化学・物理処理の複合プロセスを行えるようになる。勿論図７の円錐状回転体の実施例においても、同じように複合プロセスを行なうことができる。順次行なう複合プロセスの数が更に増えた場合には、繰り返し構造を設けた回転体による図１９の実施例のように、繰り返し構造を有する回転体にすることで、回転体の最外周２１０若しくは最内周２１１を接続領域として、回転体の表面を夫々の化学・物理処理に割り当てる事で複合プロセスに対応することができる。勿論化学・物理処理によっては複数の回転体の面を割り当てることは、何ら問題ないことである。
以上のように本発明による化学・物理処理装置は、複合プロセスに対応できる特性を有することである。尚本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７６】
本発明の特徴である回転体を用いる化学・物理処理装置の特徴である高速回転を利用すると、特徴ある化学・物理処理方法を実現できる。例えば一つには、比重差・粒径差により処理間隙内部で被処理物の選別を行なうことが可能になる。すなわち遠心力の方向に被処理体導出構造体から被処理体導出構造体への流れ方向順ずる場合においては、相対的に比重の大きい被処理体あるいは粒径の大きい被処理体が流れに順じて移動しやすく、相対的に比重の軽い被処理体あるいは粒径の小さい被処理体が取り残されることになる。
流れ方向が遠心力に逆行する場合は、相対的に比重の小さい被処理体あるいは粒径の大きい被処理体が流れに逆らって動くことになり、相対的に比重の軽い被処理体あるいは粒径の小さい被処理体が流れに順じて移動することになる。その結果、被処理物を処理間隙内で選別することが可能になり、化学・物理処理の効率を向上させることができるようになる。
特に遠心分離作用に処理間隙の幾何学的な特徴を利用することで、極めて優れる遠心分離作用にすることができるようになる。すなわち回転体の外周部もしくは内周部、あるいは処理間隙部分拡張領域を用いることで、被処理体の選別分離を極めて効率良く行なうことができるようになる。この作用効果は本発明で得られた極めて優れた特徴の一つである。
【００７７】
回転により派生する流動場を利用して、被処理物の化学構造における立体的特性を利用して流動配向により規則性ある状態に移行させることができることである。すなわち被処理体の立体的な化学構造の特徴により、方向を揃えて配位させることができるようになる。従ってその配位構造のもとで、化学・物理処理を促進させる事ができるようになる。外部から光照射と組み合わせての化学・物理処理、あるいは触媒担持反応等に応用することで、本発明の特徴を更に効果的にすることが可能となる。この作用効果は本発明で得られる優れた特徴の一つである。
回転体の周速（Ｕ）、回転体対向離接体と回転体の処理間隙寸法（Ｌ）、被処理体の動粘度（Ｖ）とした時に、流動場の流れ特性をＵ×Ｌ／Ｖとするときに、流れ特性が２０００以下において、被処理体の配位による望ましい作用効果、あるいは自己組織化での促進が得られる。より望ましくは、流れ特性が２００以上で２０００以上の範囲である。
【００７８】
本発明による化学・物理処理装置とある種の化学・物理処理を組み合わせることで、特徴ある化学・物理処理を実現できる。一つは被処理体に光励起作用を有する光を照射することにより行なう化学・物理処理である。被処理体に光励起作用を有する光としは、電子線・紫外線・可視光線等が含まれるがあり、電子線発生装置、低圧・高圧・超高圧水銀灯、タングステン・ハロゲンランプ、レーザ、ＬＥＤ光源等であるが、適宜選定される。回転体対向離接体に光透過性の素材を用いることで、回転体対向離接体を介しての光照射あるいは回転体対向離接体内部に設けることでの光照射を行なう。
光照射下での化学・物理処理は、被処理体の光入射が内部に進むに従い急激に減衰するので、光入射界面での反応に限定されることになる。勿論被処理体の濃度を薄くすることで、被処理体の内部に光入射を行なうことができるが、その濃度は化学・物理処理としは極めて効率の悪いものになる。また光照射により進行した被処理体に更に光照射を行なうと、分解等の副反応が発生し効率が低下することになる。
従って光照射下での化学・物理処理は、光入射面の被処理体を適宜交換する必要が生ずる必要がある。従来のマイクロリアクターを利用した被処理体の光照射下での化学・物理処理は、光入射面の被処理体の交換を行うことが出来なかったので、被処理体を循環することで光入射面の被処理体の交換を行う必要があり、効率の悪いものとなる。
【００７９】
本発明による化学・物理処理装置では、回転体の回転による被処理体の光入射面の被処理体を効率的に交換することが可能になり、光照射による被処理体の副反応を抑制し極めて効率的な化学・物理処理を実現することを可能にするものである。また回転体の回転中心からの半径位置が大きくなるに従い光照射面積を大きく確保できることである。あるいは回転体の回転中心からの半径位置が大きくなるに従い、被処理体導入構造体から被処理体導出構造体に向かう処理間隙内の流れ速度が遅くなることで、光照射による化学・物理処理の時間を長く確保できるようになった点である。処理間隙の特徴による本発明による化学・物理処理装置により得られる効果により、極めて優れた光照射による作用効果を有する化学・物理処理方法の実現に至っている。
【００８０】
また別の化学反応との組み合わせで作用効果が大きくなるものに、触媒担持反応がある。回転体対向離接体もしくは回転体に触媒を担持しての化学・物理処理を行う場合である。触媒担持反応においては、前述の光を用いた化学・物理処理よりもその反応領域がより触媒表面に限定される事になってくるので、触媒表面と処理間隙内部の被処理体の交換がより重要な意味を持つことになる。触媒による被処理体の副反応を抑制し極めて効率的な化学・物理処理を実現することを可能にするものである。また回転体の回転中心からの半径位置が大きくなるに従い触媒担持面積を大きく確保できることである。あるいは回転体の回転中心からの半径位置が大きくなるに従い、被処理体導入構造体から被処理体導出構造体に向かう処理間隙内の流れ速度が遅くなることで、触媒による化学・物理処理の時間を長く確保できるようになった点である。処理間隙の特徴による本発明による化学・物理処理装置により得られる効果により、極めて優れた触媒担持による作用効果を有する化学・物理処理方法の実現に至っている。
【００８１】
回転体６の回転５４は、図１あるいは図２２等の実施例を参考にするとモータ２１に回転軸７を回転軸支持機構２７により精度を維持して回転している。モータとしてはブラッシモータ・ブラッシレス型のＡＣ若しくはＤＣモータ、あるいは高圧エアーを用いたエアーモータ等が使用される。
回転軸とモータを切り離して外部から非接触で回転を付与する実施例を図１５に示す。この実施例は一つの例であるが、回転軸に固定磁石を埋め込み、被処理体の通液に必要な開口部を有する通液型回転軸支持構造体２８で回転軸を支持し、非接触型回転付与構造体２２を用いて回転軸に回転を付与するものである。非接触型回転付与構造体としては、回転軸に埋め込んだ固定磁石に対応するコイルにパルス通電することで回転力を発生させている。
非接触回転機構は、密閉性が更に高くなるので、中圧・高圧に対応でき、本発明の応用を更に広げるものである。また有機金属等の合成にも対応しやすくなる。
【００８２】
以下、本発明に関して実施例を用いて更に詳細に述べる。
【実施例１】
【００８３】
図３１に示す次の諸元の化学・物理処理装置を製作した。低膨張材のスーパインバ材を用いて、φ１５ｍｍの回転軸を製作し、それをエアベアリング４基を用いてモータに組み付け調整を行った結果、２００００ＲＰＭの回転で回転軸のフレを０．５μｍ以下に調整した。
回転体はアルミ合金７０７５を用い、鏡面研磨をした後鏡面ブラックアルマイト加工を行い、厚み５ｍｍでφ１００の回転ディスクを製作した。【００８４】
回転軸に回転体を組み付けた後に調整を行い、２００００ＲＰＭの回転で回転ディスク終端での軸ブレを±１μｍ、面振れを±２μｍ以下の精度とした。
回転体対向離接体Ａは、ラフカットしたアルミ補強材（ｔ＝５）とラフカットした硬質アクリル樹脂をエポキシ樹脂で接着後、外形部分を仕上げた。次に半径５１ｍｍの回転体を収納する凹部をエンドミルで加工し、鏡面研磨を行い仕上げた。
面加工精度は±３μｍとなった。
下側に取り付ける回転体対向離接体Ｂは、被処理体を導出するための半径２０ｍｍのくり抜き穴をラフ加工した後、同様の手順で仕上げカット・鏡面研磨を行い仕上げた。
面加工精度は同様に±３μｍとなった。【００８５】
仕上がった回転体・回転体対向離接体Ａ／Ｂを組み上げた結果、形成された処理間隙の寸法精度は±１０μｍ以下にすることができた。
その他の装置諸元を以下に示す。
第一被処理体導入位置（１３０）：第一面の回転中心
第二被処理体導入位置（１３１）：回転中心から２０ｍｍ離れた第一面で内口径１ｍｍの開口部を有する導入口で９０°離れる４箇所
第三被処理体導入位置（１３２）：回転中心から２９ｍｍ離れた第一面で内口径１ｍｍの開口部を有する導入口で９０°離れる４箇所
第四被処理体導入位置（１３３）：回転中心から４３ｍｍ離れた第二面で内口径１ｍｍの開口部を有する導入口で９０°離れる４箇所
第一面（１７０）の間隙寸法（１２０）：０．３ｍｍ±０．０１０ｍｍ
第二面（１７１）の間隙寸法（１２２）：１ｍｍ±０．０１０ｍｍ
ディスク最外周と回転体対向離接体の間隙寸法（１２２）：１ｍｍ±０．０１０ｍｍ
最高回転数：２００００ＲＰＭ【００８６】
（比較例１）
実施例１で用いたアルミ補強材を使用しないでアクリル樹脂単体で筐体Ａと筐体Ｂを製作した。次のような寸法データであった。
回転体対向離接体Ａ及び回転体対向離接体Ａの回転体に対抗する面の加工精度±０．０２５ｍｍ
第一面及び第二面の回転体／回転体対向離接体間隙は、夫々±０．０３５ｍｍ【００８７】
従って実施例１においては、処理間隙の最小間隙は０．０３ｍｍが可能となった。また比較例１では処理間隙の最小間隙は０．０８ｍｍに設定できた。対向離接体補強部材を使用することで、約１／３の処理間隙の狭間隙化を行なうことができた。
【実施例２】
【００８８】
実施例１の装置を用いて次の手順でフルオレセイン粒子の析出生成を行った。エタノールに溶解したフルオレセインを中央の第一被処理体導入位置から内口径１ｍｍの開口部を有する注入口で、またＰＨ＝５に調整したイオン交換水を回転中心から２０ｍｍ離れた第二被処理体注入位置の４点に分配して内口径１ｍｍの開口部を有する注入口で注入した。フルオレセインのエタノール溶液が純水で希釈される際に溶解度が低下し、フルオレセインの粒子生成を行なうことができた。
同じ被処理体を用いて、異なる条件の実施例を更に追加した。尚第三・第四の被処理体導入口は、本実施例においては封止し使用しなかった。【００８９】
（比較例２）
実験例２と同じフルオレセインのエタノール溶液とイオン交換水を用いて次の手順で行った。１００ｍＬのビーカーに予め２０ｍＬのイオン交換水を入れ、マグネチックスターラーを用いてイオン交換水が飛び散らない範囲で強く撹拌した。その攪拌状態の所に、シリンジポンプに接続した内口径１ミリメートルのテフロン（登録商標）菅をイオン交換水中に挿し込んだ状態でフルオレセインのエタノール溶液と、別のシリンジポンプに接続した内口径１ミリメートルのテフロン（登録商標）菅をイオン交換水中に挿し込んだ状態で純水を、同時に連続して流し込んだ。【００９０】
夫々の実施例と比較例の条件、及び結果を表１にまとめ、以下に示す。実験例２−４で回転数を超える流量となり粒径に影響を若干受けているが、その他の実施例においては一定の粒子状態に制御されていることが判った。
【表１】
2011122586.tif 000003
【実施例３】
【００９１】
実施例１の装置を用いて水酸化チタン粒子の生成を行った。無水イソプロパノールに溶解したテトラ−イソプロポキシチタンを中央の第一被処理体導入位置から内口径１ｍｍの開口部を有する注入口で、またイオン交換水を回転中心から２０ｍｍ離れた第二被処理体注入位置の４点に分配して内口径１ｍｍの開口部を有する注入口で注入した。テトラ−イソプロポキシチタン溶液が純水に混合されるときに加水分解を受け、水酸化チタンの粒子が生成された。
同じ被処理体を用いて、異なる条件の実施例を更に追加した。。尚第三・第四の被処理体導入口は、本実施例においては封止し使用しなかった。【００９２】
（比較例４）
実験例２と同じテトラ−イソプロポキシチタンの無水イソプロパノール溶液とイオン交換水を用いて行った。１００ｍＬのビーカーに予め２０ｍＬのイオン交換水を入れ、マグネチックスターラーを用いてイオン交換水が飛び散らない範囲で強く撹拌した。その攪拌状態の所に、シリンジポンプに接続した内口径１ミリメートルのテフロン（登録商標）菅をイオン交換水中に挿し込んだ状態でテトラ−イソプロポキシチタンのエタノール溶液と、別のシリンジポンプに接続した内口径１ミリメートルのテフロン（登録商標）菅をイオン交換水中に挿し込んだ状態で純水を、同時に連続して流し込んだ。【００９３】
夫々の実施例と比較例の条件、及び結果を表２にまとめ、以下に示す。水酸化チタンへの転換反応が早いにもかかわらず、析出条件に依存しないで、同一粒径に安定に制御することができた。
【表２】
2011122586.tif 000004
【実施例４】
【００９４】
実施例１の装置を用いてマイクロカプセル生成を行った。フルオレセイン１重量％濃度のエタノール溶液を、中央の第一被処理体導入位置から内口径１ｍｍの開口部を有する導入口で、またイオン交換水を回転中心から２０ｍｍ離れた第二被処理体注入位置から４点に分配して夫々内口径１ｍｍの開口部を有する導入口で注入した。アクリル酸メチルメタクリレート２０重量部及びメチルメチルメタクリレート８０重量部を重合した数平均分子量８０００のアクリル樹脂を、濃度０．０２重量％の水酸化ナトリウム水溶液で濃度１重量％に溶解したポリマー水溶液を回転中心から２９ｍｍ離れた第三被処理体注入位置の４点に分配して夫々内口径１ｍｍの開口部を有する導入口で注入した。更に濃度０．０４重量％の塩酸水溶液を回転中心から４３ｍｍ離れた第四被処理体注入位置の４点に分配して夫々内口径１ｍｍの開口部を有する導入口で注入した。
同じ被処理体を用いて、異なる条件の実施例を更に追加した。尚比較例としての適切な一貫複合プロセスがなかったので、比較例を用いての検討ができなかった。【００９５】
夫々の実施例と比較例の条件、及び結果を表３にまとめ、以下に示す。夾雑物を取り除いた後、析出粒子を分析すると、中心にフルオレセイン粒子が位置し、周りをアクリル樹脂が被覆するマイクロカプセル化が進んでいることが判った。
【表３】
2011122586.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の化学・物理処理装置は、化学・物理処理装置として、例えば次のような用途に応用が可能である。合成装置として、例えば高速な合成装置、あるいは高濃度で合成が可能な合成装置、あるいは高収率が可能な合成装置等である。例えば鈴木カップリング反応・ベックマン転移反応等においても、反応温度の緩和・反応時間の短時間化・異性体の生成抑制・収率の向上等の効果が得られる。
また粒子生成若しくは粒子表面処理装置として、マイクロ粒子・ナノ粒子・それら粒子の表面処理・マイクロカプ化等に使用され、生成物の高性能化・高収率化・高速処理等の効果が得られる。例えば均一な粒度に揃えることができる、高濃度で高速なマイクロ粒子合成装置、あるいは十数ナノミクロンの粒子を高濃度で高速に生成できるナノ粒子合成装置等である。有機顔料の生成においては発色性の優れた有機顔料の生成、また燃料電池用触媒においては必要粒径に高収率の生成を実現することで、高性能化にも寄与できる。二次電池用電極材料においても粒径制御が優れることから高収率化と高性能化が得られる。また高性能な乳化装置として、粒度の均一性に優れ、高濃度で高速なマイクロ・ナノ乳化装置及び乳化方法を提供する。また先端医療分野でもドラグデリバリーシステム用のナノ粒径医薬を、所定ナノ粒径に制御し、且つマイクロカプセル化を実現する最先端医薬品生成装置及び処理方法を提供する。これらの特徴は本発明により実現される効果の一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。【００９７】
以上の産業上の利用に限定されること無く、合成装置・粒子表面処理装置・粉砕装置・混合装置・粒子生成装置・表面処理装置並びにそれらの処理方法等への応用が可能なことは当然であり、優れた機能を実現することが可能であることは発明の作用効果から容易に推定できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、処理間隙内で遠心力が対向配置する実施例の一つを示す。
【図２】図２は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の平面概略図とＡ‘―Ａ’‘面断面概略図で、対向離接体補強部材を用いた実施例の一つを示す。
【図３】図３は、本発明による化学・物理装置の断面概略図で、本発明の作用機構の一例を示す。
【図４】図４は、本発明による化学・物理処理装置での回転体により誘起される処理間隙内の回転流速の一例をしめす。
【図５】図５は、本発明による化学・物理処理装置における回転体により誘起される処理間隙内の流れのレイノルズ数の一例を示す。
【図６】図６は、本発明による物理・化学処理装置のプロセス能力の一例を、公知のマイクロリアクターと比較した一例である。
【図７】図７は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、対向離接体補強部材及び回転体に円錐面を用いた実施例の一つを示す。
【図８】図８は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装の断面概略図で、処理間隙内部分排出機構を用いた実施例の一つを示す。
【図９】図９は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、処理間隙内突出連通構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図１０】図１０は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の平面概略図とＡ‘―Ａ’‘面断面概略図で、被処理体円環状導入構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図１１】図１１は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、処理間隙部分拡張領域を用いた実施例の一つを示す。
【図１２】図１２は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、構造の異なる被処理体連係構造体による処理間隙部分拡張領域を用いた実施例の一つを示す。
【図１３】図１３は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の平面概略図とＡ‘―Ａ’‘面断面概略図で、被処理体連係構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図１４】図１４は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の平面概略図とＡ‘―Ａ’‘面断面概略図で、温度制御構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図１５】図１５は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、非接触回転付与構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図１６】図１６は、本発明による物理・化学処理装置に用いられる被処理体導入構造体の側面概略図で、側面構造の実施例の一つを示す。
【図１７】図１７は、本発明による物理・化学処理装置に用いられる被処理体導入構造体の断面略図で、断面構造の実施例の一つを示す。
【図１８】図１８は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、遠心力が複数対向配置する化学・物理処理間隙の実施例の一つを示す。
【図１９】図１９は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、遠心力が複数対向配置する処理間隙の夫々に被処理体導入構造体を設けた実施例の一つを示す。
【図２０】図２０は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、複数の回転軸支持機構を用いた実施例の一つを示す。
【図２１】図２１は、処理間隙内で遠心力が対向配置する本発明による物理・化学処理装置の断面概略図で、係留時間拡張構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図２２】図２２は、本発明による化学・物理処理装置の平面概略図とＡ‘―Ａ’‘面断面概略図で、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた実施例の一つを示す。
【図２３】図２３は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の断面概略図で、本発明の作用機構の一例を示す。
【図２４】図２４は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の断面概略図で、円錐面を有する回転体を用いた実施例の一つを示す。
【図２５】図２５は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の断面概略図で、処理間隙内部分排出機構を用いた実施例の一つを示す。
【図２６】図２６は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の平面概略図とＡ‘―Ａ’‘面断面概略図で、処理間隙円環状連通構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図２７】図２７は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の断面概略図で、処理間隙内突出連通構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図２８】図２８は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の断面概略図で、処理間隙部分拡張領域を用いた実施例の一つを示す。
【図２９】図２９は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の平面概略図とＡ‘―Ａ’‘面断面概略図で、被処理体連係配液構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図３０】図３０は、回転体の一面により形成される処理間隙を用いた本発明による化学・物理処理装置の断面概略図で、係留時間拡張構造体を用いた実施例の一つを示す。
【図３１】図３１は、実施例に用いられた装置の断面概略図を示す。
【符号の説明】
【００９９】
１  回転体対向離接体Ａ
２  回転体対向離接体Ｂ
３  対向離接体補強部材Ａ
４  対向離接体補強部材Ｂ
５  装置筐体
６  回転体
７  回転軸
８  被処理体導入構造体Ａ
９  被処理体導入構造体Ｂ
１０  被処理体導入構造体Ｃ
１１  被処理体円環状導入構造体Ｂ
１２  被処理体円環状導入構造体Ｃ
１３  被処理体連係構造体Ａ
１４  被処理体連係構造体Ｂ
１５  被処理体連係構造体Ｃ
１６  処理間隙内部分排出機構
１７  被処理体導出構造体
１８  係留時間拡張構造体
１９  シール部分漏出液排出構造体
２０  シール構造体
２１  モータ
２２  非接触型回転付与構造体
２３  回転軸支持機構
２４  回転体端部
２５  処理間隙内端部
２６  処理間隙内突出導入構造体Ｂ
２７  処理間隙内突出導入構造体Ｃ
２８  通液型回転軸支持構造体
２９  被処理体導入構造体Ｄ
３０  被処理体導入構造体Ｅ
３１  被処理体導入構造体Ｆ
３２  被処理体導入構造体Ｇ
３３  処理間隙部分拡張領域Ａ
３４  処理間隙部分拡張領域Ｂ
３５  被処理体導出構造体Ｂ
５０  処理間隙
５１  被処理体通液方向
５２  処理間隙内通液方向
５３  遠心力
５４  回転体回転方向
８０  熱制御構造体Ａ
８１  熱制御構造体Ｂ
１００  回転体外径（Ｒ５０）
１０１  回転体厚み（Ｔ５）
１１０  アクリル製回転体対向離接体
１１１  アルミ製対向離接体補強部材
１１２  アクリル製回転体対向離接体
１１３  アルミ製対向離接体補強部材
１１４  回転体対向離接体内外径
１１５  被処理体導出位置
１２０  回転体／回転体対向離接体間隙
１２１  回転体／回転体対向離接体間隙
１２２  回転体最外周側面間隙
１３０  第一被処理体導入位置
１３１  第二被処理体導入位置
１３２  第三被処理体導入位置
１３３  第四被処理体導入位置
１５０  回転体最外周
１５１  被処理体導出位置
１６０  回転体対向離接体Ａ
１６１  回転体対向離接体Ｂ
１７０  第一面
１７１  第二面
２００  間隙寸法
２０１  補足溝
２０２  壁面
２０３  内周部
２０４  外周部
２０５  従前の間隙寸法Ｄ１
２０６  部分拡張領域の間隙寸法Ｄ２
２０７  空間分類１
２０８  空間分類２
２０９  空間分類３
２１０  回転体最外周
２１１  回転体最内周
【図１】
2011122586.tif 000006
【図２】
2011122586.tif 000007
【図３】
2011122586.tif 000008
【図４】
2011122586.tif 000009
【図５】
2011122586.tif 000010
【図６】
2011122586.tif 000011
【図７】
2011122586.tif 000012
【図８】
2011122586.tif 000013
【図９】
2011122586.tif 000014
【図１０】
2011122586.tif 000015
【図１１】
2011122586.tif 000016
【図１２】
2011122586.tif 000017
【図１３】
2011122586.tif 000018
【図１４】
2011122586.tif 000019
【図１５】
2011122586.tif 000020
【図１６】
2011122586.tif 000021
【図１７】
2011122586.tif 000022
【図１８】
2011122586.tif 000023
【図１９】
2011122586.tif 000024
【図２０】
2011122586.tif 000025
【図２１】
2011122586.tif 000026
【図２２】
2011122586.tif 000027
【図２３】
2011122586.tif 000028
【図２４】
2011122586.tif 000029
【図２５】
2011122586.tif 000030
【図２６】
2011122586.tif 000031
【図２７】
2011122586.tif 000032
【図２８】
2011122586.tif 000033
【図２９】
2011122586.tif 000034
【図３０】
2011122586.tif 000035
【図３１】
2011122586.tif 000036
【国際調査報告】
2011122586.tif 000037
2011122586.tif 000038
2011122586.tif 000039
2011122586.tif 000040
2011122586.tif 000041
2011122586.tif 000042
2011122586.tif 000043
2011122586.tif 000044
2011122586.tif 000045
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